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UCYN-A, la cyanobactérie qui fixe l’azote mais ignore la photosynthèse

Une équipe d'océanographes américains annonce avoir découvert une nouvelle cyanobactérie capable de fixer l’azote seul, à l’exclusion du CO2. Une découverte très surprenante, qui suscite un grand intérêt et qui pourrait modifier notre point de vue sur le cycle océanique de l'azote et du carbone.

Recherche et collecte de bactéries dans le Pacifique sud à bord du navire scientifique Kilo Moana. Crédit Jonathan Zehr Recherche et collecte de bactéries dans le Pacifique sud à bord du navire scientifique Kilo Moana. Crédit Jonathan Zehr

UCYN-A, la cyanobactérie qui fixe l’azote mais ignore la photosynthèse - 2 Photos

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Egalement appelées cyanophycées ou, anciennement, algues bleues, les cyanobactéries sont des procaryotes (comme toutes les bactéries). On en connaît environ 2.000 espèces réparties en plus de 150 genres. Ces modestes cellules sont capables de fixer l'azote provenant de l'atmosphère, un atome pourtant indispensable à l'ensemble de la vie terrestre. Très répandues dans l'océan mondial, les cyanobactéries forment le premier contingent des fixateurs d'azote.

Mais, croyait-on, elles ne peuvent réaliser ce travail que la nuit. Le jour, en effet, elles s'adonnent à la photosynthèse, c'est-à-dire la récupération d'énergie solaire pour transformer le gaz carbonique (CO2) en molécules organiques, avec production d'oxygène. Or, celui-ci a la propriété d'inhiber efficacement l'activité de la nitrogénase, une enzyme justement responsable de la fixation de l'azote. La nouvelle cyanobactérie nommée UCYN-A, elle, semble fonctionner tout à fait différemment puisqu'elle ne peut pas réaliser la photosynthèse. « Découvrir un organisme pourvu d’un métabolisme aussi atypique est particulièrement excitant, s'enthousiasme Jonathan Zehr, de l’Université de Californie (Santa Cruz). Nous allons essayer de comprendre comment un tel être vivant peut vivre et se développer avec tellement de pièces manquantes ».

UCYN-A, la nouvelle cyanobactérie jusqu’ici inconnue, récoltée dans la Pacifique sud à proximité des côtes hawaïennes. Crédit Jonathan Zehr
UCYN-A, la nouvelle cyanobactérie jusqu’ici inconnue, récoltée dans la Pacifique sud à proximité des côtes hawaïennes. Crédit Jonathan Zehr

Comment peut-elle vivre seule ?

Ce curieux organisme n'a pas été isolé par culture mais repéré par analyse métagénomique, consistant à analyser une grande quantité d'ADN bactérien provenant de nombreux individus différents (la méthode employée est la technlogie 454 Life Science). Cette technique a permis à l'équipe de Jonathan Zehr de séquencer 80% du génome de la cyanobactérie, dont la partie où se trouvent d'ordinaire les gènes de la photosynthèse. Mais les chercheurs ne les y ont pas trouvés....

« Cela a des implications multiples. Cet organisme doit avoir un "style de vie" très différent de celui des autres cyanobactéries. Ecologiquement, il est très important de comprendre son rôle dans l’écosystème, et comment celui-ci affecte le reste du carbone et de l’azote dans les océans », ajoute Jonathan Zehr, dans le communiqué publié par l'UC Santa Cruz.

Mais comment se nourrit-elle ? Sans photosynthèse, elle ne peut, à l'instar d'u animal, farbiquer des sucres à partir du gaz carbonique. A-t-elle mis au point une méthode inconnue d’absorption des nutriments présents dans son environnement ? Autre possibilité, plus vraisemblable, UCYN-A vivrait en symbiose avec d’autres organismes encore inconnus qui lui fourniraient du carbone tandis qu’elle leur renverrait l'azote en échange.

L’équipe de Jonathan Zehr travaille actuellement à combler les nombreuses lacunes dans la connaissance  de UCYN-A. Tant que cette cyanobactérie n'aura pas été cultivée, il sera difficile de préciser son métabolisme. Toutefois, l’une des priorités de la recherche est de cartographier sa présence dans les océans et déterminer son abondance relative au niveau planétaire. Cette fixation diurne de l'azote à l'échelle mondiale doit en effet être prise en compte pour préciser les cycles du carbone et de l'azote dans l'océan.

Il serait aussi envisageable, si sa culture est possible, d’exploiter le métabolisme exceptionnel de cette cyanobactérie dans des applications de biotechnologie...


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